一种水溶性硅料切削液的组成和应用组合制造技术

本发明专利技术涉及一种水溶性硅料切削液的组成和应用组合。该切削液含有：１）烷氧基聚醚（５０．０－９５．０％），２）溶剂（５．０－２０．０％），３）表面活性剂（０．１－２．０％），４）少量水（０．１－５．０％）和５）其它功能助剂（０．１－１．０％）。该切削液具有无污染、金属杂质含量低的特点。本发明专利技术还涉及基于上述成分的切削液的应用组合，应用时根据切削材料的性质选择合适的磨料与之组合，所选择磨料的颗粒大小应控制在０．５－５０微米间，磨料与切削液的配合比例控制在３０∶１００－８０∶１００。此切削液磨料分散性好，且在沉降后容易再分散。本发明专利技术还涉及上述切削液在单晶硅、多晶硅等硬脆性材料加工方面的应用。使用上述切削液，切片出片效率高、成品合格率高，且硅片容易清洁。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水基切削液的组成、制备方法和应用组合。尤其涉及切削液中多功能高分子表面活性剂的分子设计和合成，以及使用此成分的切削液的制备和应用组合。
技术介绍
中国是世界上太阳能电池生产大国，随着光伏产业的迅猛发展，处于光伏产业上 游的硅片生产环节显得越来越重要。为了降低成本，增大单位原料的产出，高密度、高性能、 轻薄高效的硅片成为了硅片市场的新宠。在整个硅片生产流程中，切割环节造成的硅料损 耗成为导致低效能、高成本的直接原因。在硅片的切割过程中，切削液作用不可小觑，它不 仅可以提高润滑效果，带走切割产生的热量，同时还可以在环保的前提下防止腐蚀，增强稳 定性并确保安全。切削液凭借其优秀的刃料悬浮特性以及上述种种作用可极大降低切割消 耗。因而市场对于高性能切削液的呼声越来越高 早期的切削液一般是以矿物油作为主成分的非水性体系。该体系是把炭化硅等磨 料分散在切削液中形成的。由于矿物油是易燃型性危险物质，必须有防爆设备同时储藏量 也受到限制，因此在环保和生产管理方面存在问题。同时，采用矿物油切割的晶片，往往要 采用三氯乙烷和二氯甲烷等有机溶剂和高浓度的表面活性剂。由于溶剂属于致癌物，同时 是大气污染和臭氧层破坏的主要原因，已经开始禁止使用；另外，非离子表面活性剂洗涤需 要设备投入，因此废水处理也是一个潜在的问题。 水性产品的发展克服了上述问题，包括水基切削液和水溶性切削液两种。前者以 水为主体，加入各种添加剂组成。后者以水溶性的原料如乙二醇为主，其中含有少量水和其 它各种添加剂。 关于水基产品的报道相对较多，经大量的已知技术检索得知 锅岛敏一等的专利涉及(US6673754B1 ;公开号CN1405287A) —种磨料分散性好 的水基切削液，主要特点是其中有一种羧酸高分子分散剂。此分散剂分子量在1000-200000 之间，可以使磨料很好的分散。 专利(US6673752B2)涉及一种切屑液，特点是其中含硅烷、硅醇或硅氧烷等。此类 物质容易和切割物质表面反应形成一层保护膜从而改善切削性能，如生产效率提高、硅片 表面缺陷减少；同时切割面堵塞减少，可以延长加工工具的寿命。 镝木新吾等的专利涉及(公开号CN1441040A，US6221814B12) —种能抑制对操作 环境和地球环境的冲击，同时具有磨料高分散性和能够防止沉淀物硬饼化的水基切削液。 此切削液由分散在硅酸胶体中的磨料粒子组成。硅酸胶体稳定分散在亲水性多元醇如乙二 醇、丙二醇和水性分散剂等中。此切削液的特点是磨料分散性好，其沉淀物不硬饼化，容易 再分散利用。切削液黏度在使用过程中变化小，使用寿命长。 专利(US6228816B1)涉及的水性切削液中含有一种阳离子聚合物，其胺值为 20-200K0H/g。同时还使用了一种无机增稠剂。此切削液具有好的磨料分散性和黏度稳定 性。 专利(US6605575B1)涉及一种水溶性切削油。该切削具有液溶解性强、润滑性能 卓越、切割性能好、防锈、安全、易清洗和低泡等。切削液中主要使用了一种长链烷酰基氨基 酸或是其盐，同时还使用了烷基烷氧基或是酰基烷氧基化合物。 专利(US5693596)涉及一种水基切削液。此切削液含有一种脂肪酸甘油三酯咪唑 聚合物，硬脂酸咪唑和硼酸咪唑，此分散在无机增稠剂膨润土中。同时还加入油酸，乙二胺 四乙酸钠盐，苯并三唑和一种有机硅消泡剂等。 专利(US4853140)涉及一种切屑液，主要由皂、含磷化合物和聚氧乙烯聚氧丙烯 共聚物组成。含磷化合物是一种极压低温润滑剂、聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物属于极压高温 润滑剂。皂由脂肪酸和有机胺如乙醇胺反应获得。此外，系统中还可以加入杀菌剂、消泡剂 和螯合剂等。 但上述专利技术所涉及的水基性切削液在使用中应存在磨料分散性差的不足。 第二类型的水性产品(水溶性切削液)大多基于水溶性聚乙二醇。这类产品较好 的克服了上述水基产产品中磨料分散性差的问题。 专利(US6383991B1)涉及一种水溶性切削液，主要包括一种烷氧基聚醚、表面活 性剂和一些其它助剂以及少量水。专利中涉及一种纳米硅胶粒子的使用，可以显著改善磨 料的分散性和磨料沉降后的再分散性。 专利(US6602834B1)涉及一种水溶性切削液，主要包括一种烷氧基聚醚、表面活 性剂、一种高分子聚电解质、溶剂和少量水。专利中的聚电解质可以显著改善磨料的分散性 和磨料沉降后的再分散性。 刘玉岭等公开了 (公开号CN1858169A) —种碱性水溶性切削液。主要有聚乙二 醇、PH调节剂、螯合剂等组成。该碱性切削液具有化学劈裂作用，可以与硅发生化学反应。 切片过程中单纯的机械作用成为机械化学作用，有效解决了切片中的应力问题，减少了切 片过程中的硅片表面微裂和破碎。后续加工去除量少，提高了切片效率和成品率。 朱建民等公开了 (公开号CN101205498A) —种水溶性切削液，含有聚烷氧基化合 物、抗极压螯合防沉剂和溶解促进剂等。 但上述所涉及的水溶性切削液，磨料在切削液中分散性虽得到了改善，但所涉及 的原料类别较多、性能要求较高且仍然不能解决切割工序中的高精细加工，特别在硅片切 割过程中的效率和成品率仍不理想。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种高性能切削液与一种磨料配合成应用组合。使用一 种多功能表面活性剂来实现对切削液表面张力和黏度控制以改善其挂线性和磨料分散性 的技术关键。 本专利技术的技术方案是研制一种高性能水溶性硅料切削液和磨料的配合应用。主 要包括烷氧基聚醚，亲水性溶剂，表面活性剂，少量水和其它功能性助剂如螯合剂和防锈 剂等； 本专利技术涉及的切削液的主要成分是一种烷氧基聚醚，该聚合物具有如下结构 5R2Ri C R3R4 (1) 其中，Rl， R2， R3和R4可以相同或是不同，可以是氢原子或是碳原子数是1_24的 烷基，还可以是，并且R1，R2，R3和R4中至少有一个是，具有如下的聚醚结构(II): - (E0) m (P0) n (BO) 1 (II)这里，E0是乙氧基，P0是丙氧基，BO是丁氧基。m， n， 1是1-50的正整数，且m， n，1之和为2到100之间的正整数；优选的方案是其中m， n， 1是1-20的正整数，且m， n， 1之和为2到IOO之间的正整数。EO、PO和BO是无规分布，还可以是嵌段分布。 领域内的专业人士熟知，用不同引发剂来引发环氧乙烷、环氧丙烷和四氢呋喃聚合，可以获得具有上述结构(I)的烷氧基聚醚。引发剂可以是伯醇如甲醇、乙醇、丙醇以及乙二醇和丙二醇等，可以是仲醇如异丙醇、异丁醇和异戊醇等，可以是叔醇如三甲基丁醇等；可以是一元醇、二元醇、三元醇和四元醇等。可以使用酸性催化剂、碱性催化剂或是复合催化剂等。 本专利技术涉及的烷氧基聚醚可以是基于上述结构(I)的某种单一组分；也可以是基 于上述结构(II)的多种组分和混合物，例如混合物中含有PEG300-800和PEG1000。 本专利技术优选的方案是采用浸润性好、排削能力强且对碳化硅类磨料具有优良的分 散特性的聚乙二醇(PEG)，更加优选的方案是聚乙二醇200-2000，最优选的方案是聚乙二 醇600-800。 本专利技术涉及的切削液中，上述烷氧基聚醚的比例是50-95% ;优选的比例是 70-95% ;更加优选的比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水溶性硅料切削液的组成和应用组合，其特征是该切削液由烷氧基聚醚所含比例为５０．０－９５．０％、溶剂所含比例为５．０－１０．０％、表面活性剂所含比例为０．１－２．０％、少量水所含比例为０．１－５．０％和功能助剂所含比例为０．１－１．０％等基本组份组成，各组份所占比例之和小于等于１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜艳，周全凯，
申请(专利权)人：辽阳科隆化学品有限公司，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]